FI60181C - Foerfarande foer framstaellning av svavelsyra - Google Patents

Description

I-If, i l r„ KUULUTUSJULKAISU δ n -t ο Λ W· w (,1>UTi.*eeNiiio$SKmFT 60181 C Patentti ^V'~n-tty 10 12 1931 ” Patent meddelat ^ ^ (51) Kv.lk.3/lnt.ci.3 0 01 B 17/76 SUOMI—FINLAND (21) ριμ>μιμ«ιι«-ι^ημμ^^ 3169/72 (22) H»k*»nlip4lvt — AMefcnlngtdtg 13.11.72 'Fl' (23) Alkupftivft—GiUftMtad·! 13.11.72 (41) Tullut |ulklMktl — BtMt offmtllg 17.09*73

Patentti* ja rekisterihallitut .... .. . „ „ . . , . _. , (44) NlhUvIlwIptnon ja kuuLJulkalaun pvm. — Λθ _

Patent· och regitterttyrelsen Amttkan utlagd odi utl.skrtftMi puMkurad 31.08.8l (32)(33)(31) Pjrydutty «tuoikuua—Begird prioritet l6.11.71 06.0U.72 Englanti-England(GB) 53087/71 15902/72 (71) Canadian Industries Limited, 630 Dorchester Blvd. West, Montreal 101,

Queb ec , Kanada (CA) (72) Gordon Murray Cameron, Sudbury, Ontario, Frederick William Stanley Jones, Rosemere, Quebec, Peter Daniel Nolan, Sudbury, Ontario,

Kanada(CA) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Menetelmä rikkihapon valmistamiseksi - Forfar an de for framst alining av svavelsyra

Keksinnön kohteena on menetelmä rikkihapon valmistamiseksi johtamalla ilmavirta kuivausyksikön lävitse, jossa ilma kuivataan väkevän rikkihapon virtauksella, minkä jälkeen saatu prosessi-ilma puristetaan useamman at:n paineeseen ja johdetaan rikkidioksidia sisältävän prosessikaasuvirran kanssa konvertointi-laitteeseen, jossa rikkidioksidi muutetaan katalyyttisesti yli 99-prosenttisesti rikkitrioksidiksi ja saadun, rikkitrioksidia ja pienen määrän konvertoitumatonta rikkidioksidia sisältävän konvertoidun kaasun virtaus johdetaan absorbointiyksik-köön, jossa se saatetaan vastavirrassa kosketukseen rikkihappoliuoksen virtauksen kanssa, jolloin muodostuu lisää rikkihappoa, johon myös valtaosa kaasun rikkidioksidista on liuennut, jolloin kaasu voidaan johtaa ulos, ja jossa menetelmässä rikkidioksidia sisältävän rikkihapon koko virtaus johdetaan pois absorbointi-yksiköstä kuivausyksikön lävitse vastavirtaan tuloilmanvirtaukseen nähden, jolloin samanaikaisesti kosteutta siirtyy ilmasta happoon ja rikkidioksidia siirtyy haposta ilmaan, että saatua rikkidioksidin ja kuivan ilman seosta käytetään prosessi-ilmana ja rikkidioksidista oleellisesti vapaa rikkihappovirta johdetaan ulos kuivausyksiköstä ja jaetaan kahteen osaan, joista toinen otetaan ulos rikki-happotuotteena ja toinen pumpataan takaisin absorbointiyksikköön.

I? 2 601 81

Keksinnölle on tunnusomaista, että rikkidioksidia sisältävän rikkihapon paine alennetaan ennen kuivausyksikköön johtamista.

Tavanomaiset rikkihappotehtaat toimivat oleellisesti ilmakehän paineessa riippumatta siitä saadaanko kaasuvirran rikkipitoisuus malmin pasutuksesta, rikistä, rikkivedystä tai jätehapon regeneroinnista. Näissä tehtaissa valmistetaan kuiva kaasuvirta, joka tavallisesti sisältää 5~12 % rikkidioksidia ja huomattavan ylimäärän happea, ja tämä kaasu kuumennetaan jälkeenpäin lämpötila-alueelle 380-U50°C. Kuiva kuumennettu kaasu johdetaan sitten sarjan läpi katalyyttikerroksia, joiden välillä tapahtuu jäähdytys, ja näin saadaan oleellisesti kaikki rikkidioksidi muuttumaan (konvertoituminen tavallisesti noin 98 %)· Rikkidioksidin hapetuksesta syntyvä rikkitrioksidi absorboidaan sitten väkevään rikkihappoon ja saadaan poistokaasuja, jotka sisältävät tavallisesti noin 2000 ppm rikkidioksidia, ja jotka päästetään sitten ilmakehään korkeiden savupiippujen kautta. Poistuvat kaasut, huolimatta siitä, että ne puhdistetaan huolellisesti, sisältävät absor-boitumatonta rikkitrioksidia, happosumua ja rikkihappohöyryä, jotka talteenotta-matta jääneen rikkidioksidin ohella, aiheuttavat ilmakehän saastumista. Nämä tavanomaiset tehtaat ovat kooltaan suuria ja vaativat suuria tehdasalueita ja rakennuksia sekä energian kuljettamista (höyry) verraten alhaisilla energiatasoilla, ja niissä ei ole mahdollista tuottaa väkevyydeltään laimeata oleumia ilman lisälaitteita, ja näiden tehtaiden ylläpito on kallista johtuen niissä käytetyn kuurnan happovirran syövyttävästä luonteesta. Silloin kun ilman saastuminen saa osakseen tärkeän huomion, pidetään tällaisia tehtaita huomattavina saastuttajina eivätkä tällaiset tehtaat enää ole hyväksyttäviä.

Pyrittäessä vähentämään edellämainittujen tavanomaisten tehtaiden aikäensä and- a saasteita on otettu käyttöön erilaisia puhdistusjärjestelmiä, joissa erilaisten kemiallisten liuosten tai adsorptioaineiden avulla pienennetään poistuvien kaasujen rikkidioksidisisältöä. Tällaisiin järjestelmiin kuuluu pesu natrium-hydroksidiliuoksilla, ammoniumhydroksidilla, natrium- tai alkalisulfiittiliuok-silla sekä monenlaisilla muilla liuoksilla. Näiden menettelytapojen seurauksena syntyy kuitenkin sivutuotteita ja aiheutuu huomattava käyttö- ja pääomakustannusten kohoaminen sekä kylmä poistokaasu, jonka hajottaminen on vaikeaa.

Rikkidioksidin, hapen ja rikkitrioksidin välisten tasapainosuhteiden huomioonottaminen on johtanut edelläkuvatun prosessin muunnelmaan, jota nimitetään "kaksoisabsorbointi"-prosessiksi, ja siinä kaasut kulkevat useiden katalyytti-kerrosten läpi sekä jäähtyvät, rikkitrioksidi poistetaan ja konvertoitumaton rikkidioksidi sekä happi jäävät kaasuun. Sitten tämä kaasuvirta uudelleenkuumen-netaan ja johdetaan edelleen katalyyttikerroksen tai -kerrosten läpi, jolloin korkeasta hapen ja jäännösrikkidioksidin suhteesta johtuen saavutetaan uusi tasapainotila, joka vastaa kokonaiskonvertoitumista 99,5 %, tai vielä parempaa konvertointijärjestelmään syötetyn rikkidioksidin kokonaistilavuuden konvertoisi' l·· 3 60181 tumista. Tätä menetelmää sekä useita sen muunnelmia on kuvattu US-patenteissa 3 UoU 955, 3 956, 3 ^3 896 ja 3 525 587. Verrattuna tavanomaiseen proses siin vaatii tämä prosessi, samalla kun se muuttaa paljon tehokkaammin rikkidioksidia rikkitrioksidiksi, enemmän laitteita kuten lisää lämmönvaihtimia, absor-baattoreita ja happojärjestelmiä, sekä kuluttaa enemmän katalyyttiä. Tällaisesta prosessista tulevat väkevämmät kaasut synnyttävät korkeampia lämpötiloja uunissa ja konvertointijärjestelmissä, mistä on seurauksena suurempi tiilivuorauksen, katalyytin ja muiden materiaalien kuluminen. Vanhanaikaisesti suunnitellussa tehtaassa pystytään tehtaan tehokkuus kohottamaan tällä prosessilla arvoon 99,5 % tai yli samalla kun saadaan poistuva kaasuvirta, joka sisältää 500 ppm rikkidioksidia. Tällainen poisvuotaminen vastaa noin 3 kg rikkidioksidia tuotettua happotonnia kohti. Tämä prosessi on myös mutkikkaampi, siitä saadaan vähemmän poisvietävää energiaa ja prosessin vaatima laitteisto on kallis ja vaatii laajan alueen.

SE-patenttijulkaisusta 325 26l tunnetaan sellainen matalapainemenetelmä rikkihapon valmistamiseksi, jossa ahsorptiotomista tuleva rikkihappo johdetaan ilmastusyksikköön ilman jäähdytystä, kun taas keksinnön mukainen menetelmä koskee korkeapainemenetelmää rikkihapon valmistamiseksi, jolloin absorptiotornista tuleva happo jäähdytetään absorptiolaitteessa vallitsevaa painetta alempaan paineeseen ennen hapon johtamista kuivausyksikön lävitse SO^tn poistamiseksi prosessi-kaasukehään.

Huomion kiinnittäminen rikkidioksidi - rikkitrioksidi tasapainoon sekä prosessin olosuhteisiin oli johtanut useat tutkijat päätelmään, että kontakti-menetelmä on parempi suorittaa käyttämällä 5 ilmakehän tai suurempia paineita. Tällaisille menetelmille on myönnetty useita patentteja, joihin kuuluvat GB-pa-tentit I+67 298, 519 570, 571 207 ja 1 230 130, GS-patentit 98 ί+25, 99 072 ja 100 362 sekä US-patentit 2 510 68H, 3 ^32 263 ja 3 i+55 652.

Näistä patenteista ilmenee yleensä, että rikkidioksidin tasapainokonver-toituminen rikkitrioksidiksi kohoaa käytettäessä korkeampia paineita, että katalyytin aktiviteetti kohoaa merkittävästi, että voidaan käyttää paljon pienempää laitteistoa suurempien kaasutiheyksien ansiosta, ja että rikkitrioksidin kondensoituminen ja absorboituminen paranee. Edelleen ilmenee kuitenkin viittauksia haitallisista määristä liuennutta rikkidioksidia rikkihappovirroissa. Kun lisäksi kaikissa paineolosuhteissa, jotka on kuvattu näissä patenteissa, saavutetaan 99 prosentin tai parempi rikkidioksidin konvertoituminen, on hyvin kyseenalaista voidaanko missään niistä saavuttaa, ilman huomattavia lisäkustannuksia, niin alhaisia rikkidioksidin poistumispitoisuuksia (alle 50 ppm) kuin vaaditaan tulevaisuuden rikkihappotehtaissa.

11 60181 GB-patenttijulkaisusta 1 l66 125 tunnetaan edelleen korkeapainemenetelinä rikkihapon valmistamiseksi rikkidioksidin katalyyttisen hapetuksen ja sitä seu-raavan rikkidioksidien kiertävään rikkihappoon paineenalaisinä ahsorboimisen avulla. Keksinnön mukainen menetelmä johtaa suurempaan saantoon, puhtaampaan happoon ja puhtaampaan poistokaasuun sen ansiosta, että käytetään painet*eroa absorptio-laitteen ja kuivauslaitteen välillä, jolloin paine kuivauslaitteessa on alhaisempi.

Tämän keksinnön eräänä huomattavana tarkoituksena on parantaa prosesseja, jotka toimivat 2 ilmakehän tai korkeammissa paineissa, jolloin rikkidioksidin talteenoton osalta saavutetaan yleensä suurempi tehokkuus kuin mihin tavallisesti päästään yksinomaan katalyysillä ilman,että lisätään tehtaan kustannuksia tai laitteiston monimutkaisuutta.

Tämän keksinnön eräänä toisena tarkoituksena on aikaansaada paineprosessi rikkitrioksidin, rikkihapon ja oleumin valmistamiseksi, jolla prosessilla on mahdollista saavuttaa poistuvien kaasujen rikkidioksidipitoisuus 10-100 ppm.

Eräänä tarkoituksena on edelleen aikaansaada painemenetelmä, jossa rikkihapon tai oleumin jatkuvaa virtausta kuivaus- ja absorptioyksiköiden välillä käytetään rikkidioksidin siirtojärjestelmänä, jolloin kuivausyksikkö tuottaa rikkidioksidista vapaan happovirran, joka jäähtymisen jälkeen kulkee absorptioyksi-kön läpi, missä se ei ainoastaan absorboi konvertoidun kaasun rikkitrioksidia vaan pesee myös pois oleellisesti kaiken konvertoitumattoman rikkidioksidin.

Vielä eräänä tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada paineprosessi, jossa käytetään hyväksi korkeita käyttöpaineita, jotta ainakin osa konvertoidussa kaasuvirrassa olevasta konvertoitumattomasta rikkidioksidista saadaan poistettua kondensoimalla se yhdessä rikkitrioksidin kanssa ennenkuin yhteiskondensaat-ti kokonaan tai osittain uudelleenkierrätetään kuivausyksikköön.

Tämän keksinnön muut päämäärät ja edut ilmenevät seuraavasta selostuksesta.

n Λ. ··" 60181

Parannuksena korkeapaineprosesseihin, joilla valmistetaan rikkihappoa konvertoimalla rikkidioksidia rikkitrioksidiksi kuivan ilman läsnäollessa ja korkeissa paineissa, kuuluu tämän keksinnön mukaiseen menetelmään vaiheet, joissa saatu konvertoitu kaasuvirta syötetään korkeassa paineessa absorbointiyksikköön, väkevä rikkihappo kierrätetään mainitun absorbointiyksikön läpi rikkitrioksidin ja konvertoitumattoman rikkidioksidin absorboimiseksi mainitusta konvertoidusta kaasuvirrasta, happo vapautetaan paineesta, rikkidioksidi poistetaan haposta ilman avulla tai rikkidioksidista vapaan kaasun avulla, rikkidioksidivapaa happo jäähdytetään ja ainakin osa siitä kierrätetään uudelleen absorbointiyksikköön.

Tämän keksinnön mukaiseen edulliseen suoritusmuotoon on sovitettu prosessin lisävaihe, jossa konvertoidussa kaasuvirrassa oleva rikkitrioksidi ja konver-toitumaton rikkidioksidi osittain yhteiskondensoidaan ja ainakin osa yhteiskon-densaatista syötetään väkevän rikkihapon virtaan tämän tullessa absorbointiyksi-köstä.

Seuraavat esimerkit ovat tarkoitetut kuvaamaan keksintöä.

Esimerkki 1

Piirustuksessa kaaviollisesta esitettyä prosessin edullista suoritusmuotoa sovelletaan 250 tonnia/päivä rikkihappoa tuottavassa tehtaassa, joka käyttää raaka-aineina rikkiä, ilmaa ja vettä. Prosessissa vedetään syöttöälmanvirta 1, jonka määrä on 31,8 tonnia tunnissa ja samalla riittävä tuottamaan 9 % rikkidioksidikaa-sua konvertointilaitteessa,ilmasuodattimen 2 läpi ja puristetaan paineeseen 7,8 atm primääri kompressorilla 3. Paineilmavirta syötetään sitten johdon U kautta lauh-duttimeen 5, missä se jäähtyy samalla kun siitä poistetaan kosteus tiivistämällä. Tämä lauhduttaminen on hyödyllinen, koska se vähentää prosessiin virtaavan kosteuden nettomäärää ja tekee mahdolliseksi valmistaa oleellisesti vedetöntä tuotetta. Tiivistynyt vesi poistetaan järjestelmästä johdon 8 kautta. Ilmavirta, jonka lämpötila lauhduttimesta lähtiessä on 32°C, se on 10°C yläpuolella jäähdytysveden syöttölämpötilan, syötetään sitten kuivausyksikköön 6 johdon 7 kautta. Kuivausyk-sikössä 6 kuivataan ilmavirta hyvin alhaiseen kosteuspitoisuuteen kon- 0 1 6 601 81 taktilla rikkidioksidirikkaan happovirran 9 kanssa, joka tulee, kuten jaiempana selostetaan, absorptiotornista, ja se poistaa pääosan mainittuun happo-virtaan liuenneesta rikkidioksidista. Rikkidioksidirikkaan happovirran 9 syöttö kuivausyksikköön 6 suoritetaan johdon 10 ja 11 sekä jäähdytysykeikön 12 kautta. Kuivausyksikkö 6 toimii edellämainitussa primääripaineessa 7» 8 atm ja lämpötilassa 40 - 70°C ja on tyypiltään täytetty tai levyrakenteinen torni, vaikkakin voidaan käyttää muunkin tyyppisiä kontaktilaitteita, kuten venturipesureita, olosuhteista riippuen.

Kuivausyksiköstä 6 lähtevä ilmavirta 1, joka nyt sisältää happovir-rasta 9 poistetun rikkidioksidin, ohjataan johdon 13 ja iskurummun 14 kautta sekundääriseen kompressoriin 13, missä se puristetaan paineeseen 28,1 atm, ja syötetään rikinpolttouuniin ]6 johdon 17 kautta. Höyry ja jäännöskaasu kierrätetään johdon 18 ja vastaavasti johdon 19 kautta uuniin 16, rikkiä ilmavirran 1 läsnäollessa polttamalla saadun kaasun lämpötilan säätämiseksi sekä tulistetun höyryvirran 20 tuottamiseksi ja kuuman jäännöskaaeuvirran 21 saamiseksi, josta, kuten jälempänä selostetaan, otetaan myöhemmin talteen energiaa paisuttamalla sopivissa voiman talteenottoturpiineissa 22 ja 23. Rikki lisätään uuniin 16 sulassa tilassa johdoilla 24, 25 ja 26 pumpun 27 avulla sulatusyksiköstä 28 ja rikin pääsisääntulosta 29. UuniBta 16 tulevan kaasuvirran 30 rikkidioksidipitoisuus on 9 ^ ja lämpötila alueella 350 -450°C, ja se on sopivaa syötettäväksi konvertointilaitteeseen 35 rikkidioksidin konvertoimiseksi katalyyttisesti rikkidioksidiksi. Kuuma syöttökaa-su 30 johdetaan sitten kuumakaasusuodattimen 31 läpi epäpuhtauksien poistamiseksi ennen konvertointilaitteeseen 35 menoa, syötön mainittuun konvertointilaitteeseen tapahtuessa johdon 32 kautta, missä konvert ointilaitteessa rikkidioksidi oleellisesti täysin konvertoituu rikkitrioksidiksi. Konver-tointilaitteessa kehittyvää lämpöä käytetään johdossa 34 kulkevan jäännöskaa-sun kuumentamiseen ennenkuin tämä kaasu menee uuniin johdon 34a kautta lopullista kuumentamista varten ennen paisuttamista voiman talteenottoturpii-nissa 22. Käytettäessä prosessissa sekundääristä käyttöpainetta 28 atm on tavallisesti odotettavissa konvertoitumisteho 99,7 i° tai parempi ja poistuvien kaasujen rikkidioksidipitoisuus 300 Ppm tai pienempi. Jotta kuitenkin konvertoitumisteho saadaan oleellisesti paranemaan ja poistuvien kaasujen rikkidioksidipitoisuus oleellisesti alenemaan, alistetaan konvertointiisit-teeeta 35 tuleva konvertoidun kaasun virta 35, se on kaasu, joka sisältää rikkitriokeidia ja vähäisen määrän konvertoitumatonta rikkidioksidia, seu-raaviin tämän keksinnön mukaisiin käsittelyihin. Konvertointilaitteesta 33 ulostuleva kaasuvirta 35, jonka lämpötila on noin 400°c» jäähdytetään syöt-töveden kuumentimessa 36 noin lämpötilaan 200°C ja johdetaan sitten lauhdut-timeen 37, missä 80 ia rikkidioksidista ja vähintään 28 i rikkidioksidista yhteiskondensoidaan, sekä senjälkeen johdon 38 kautta absorptiotornin 39 7 60181 alaosaan, missä rikkitrioksidin loppuoeuus ja pääosa jäljelläolevasta rikkidioksidista absorboidaan rikkihapon virtaan, joka syötetään mainitun absorp-tiotornin yläosaan. Rikkitrioksidin ja rikkidioksidin yhteiskondensaatti lisätään kokonaan tai osittain johdon 40 kautta happovirtaan 41» joka tulee absorptiotornin 39 pohjasta, sekä kierrätetään uudelleen kuivaustorniin 6 johtojen 42, 9 ja 10, jäähdyttimen 12 ja johdon 11 kautta, senjälkeen kun se on kulkenut paineenalennuslaitteen 43 läpi. Se osa yhteiskondensaatista, sikäli kuin sitä on, mitä ei lisätä happovirtaan 41» otetaan talteen rikki-trioksidituotteena johdon 44 kautta. Silloin kun halutaan valmistaa oleumia tai poistaa enemmän rikkidioksidia ja rikkitrioksidia konvertoidusta kaasusta ennen absorbointilaitetta 39» huuhdellaan rikkitrioksidilauhdutin 37 kylmällä rikkihapolla.

Absorptiotorni on täytetty tai levyrakenteinen torni, jonne lauhdut-timen konvertoidun kaasun virran ja absorbointihappovirran annetaan kulkea vastavirtaan toisiinsa nähden ja jossa rikkidioksidi ja rikkitrioksidi poistetaan oleellisesti täysin konvertoidun kaasun virrasta. Näin saadaan äärettömän puhdas poistokaasuvirta 43 ja rikkidioksidirikas happovirta 41» joka kierrätetään paineenalennuslaitteen 43 hautta ja johdetaan sitten kui-vausyksikön 6 kautta primäärikompressorin 3 ulostulopaineessa. Kuivausyksi-kössä rikkidioksidi, joka sisältyy johdosta 10 ja/tai johdosta 11 tulevaan happovirtaan siirtyy oleellisesti kokonaan prosessin ilmavirtaan 7* Kuivaus-yksiköstä 6 virtaa rikkidioksidista vapautettu happo johdon 46 kautta pump-pusäiliöön 47 ja siellä se laimennetaan tarpeen mukaan väkevyyden säätämiseksi johdosta 4Θ tulevan veden avulla. Sitten happo pumpataan happolaitteiston pääjäähdyttimeen 49 johtojen 50 ja 51 kautta sekä sitten absorptiolaittee-seen 39, jotta lisää tiivistymätöntä rikkitrioksidia ja -dioksidia saadaan absorboitumaan johdosta 3Θ sekundäärisen kompressorin 15 ulostulopaineessa. Happotuote poistuu kohdasta 52.

Absorptiolaitteeseen 39 kohdassa 49 tulevan ja 4l siitä lähtevän happovirran rikkidioksidipitoisuus on Θ ja vastaavasti 80 ppm. Edelläkuvatulla tavalla toimittaessa kierrätetään happoa määrä 182 - 227 tonnia tunnissa väkevyyden ollessa 97 - 100 $, ja virtaus tapahtuu absorptiolaitteen yläosasta absorptiolaitteen läpi sekä sitten ilmakuivatuslaitteen yläosaan käyttämällä mainitun absorptiolaitteen ja kuivausyksikön välillä vallitsevaa paine-eroa virtauksen varmistamiseen. Absorptiolaite on varustettu erittäin tehokkaalla sumun poistajalla (ei esitetty), ja paineenalainen poistokaasu-virta 45 kuumennetaan konvertointilaitteessa kohdassa 34, ja edelleen uunissa 19, paisutetaan sitten kohdassa 22 energian talteenottamiBeksi ja päästetään ilmakehään johdon 53 Ja savupiipun kautta. Rikkldioksidivuoto tehtaasta,jonka tuotanto on 250 tonnia/päivä, kohoaa määrään 56 kg päivässä, mikä vastaa 227 g rikkidioksidivuotoa tuotettua happotonnia kohti.

s 60181

Primäärinen ja sekundäärinen kompressori 5 ja 15 tarvitsevat tehoa hiukan yli 3700 kw, josta 80 $ saadaan jäännöskaasun paisunnasta kuten edellä on selostettu, ja mistä loppuosa saadaan käyttämällä osa pääprosessin höyryvirrasta lauhdinturpiinissa 25 ja viemällä pois loppuhöyry, jonka määrä on noin 4540 - 6810 tonnia tunnissa. Prosessin höyry tuotetaan alunperin lämmönvaihdolla konvertoidun kaasuvirran 55 kanssa laitteiston syöttöveden pääkuumentimessa 55» johdetaan sitten johdon 54 kautta uuniin 16, jossa sitä kuumennetaan edelleen kohdassa 18, sekä syötetään lopuksi johdon 20 kautta lauhdeturbiiniin 25. Poisvietävä höyry otetaan johdosta 20 johdon 55 kautta. Turpiinin 25 tiivistymätön höyry poistetaan ja lauhdutetaan lauhduttimessa 56.

Esimerkki 2 Tämän keksinnön mukaista parannettua menetelmää sovelletaan rikkihappotehtaassa, jonka tuotanto on 250 tonnia päivässä, käyttäen raaka-aineina rikkiä, ilmaa ja vettä. Tehdas on samanlainen kuin piirustuksessa esitetty sillä erolla, että siinä ei ole rikkitrioksidin lauhdutinyksikköä. Tässä esimerkissä kuvatussa menetelmässä ilma puristetaan, jäähdytetään ja kuivataan noin 7 ilmakehän välipaineeseen. Kuivauksessa käytetty aine on rikki-happovirta, joka lähtee absorptiolaitteen pohjasta, ja se sisältää pääosan konvertointilaitteesta lähtevästä konvertoitumattomasta rikkidioksidista. Tällä kuivaustoimenpiteellä hapon rikkidioksidipitoisuus vähenee noin 90 ppmsstä noin 9 ppmsään, minkä seurauksena siirtyy vapautuvaa rikkidioksidia prosessiin syötettyyn ilmaan nopeudella 18,2 kg/h. Ilman kosteuspitoisuus alenee myös alle arvon 23 mg/dm V , joka on erittäin hyväksyttävä tavanomaisissa happotehtaissa. Käytetty rikkihappoon 98-prosenttista ja sen lämpötila 60°C.

Kuiva ilma, joka sisältää palautetun konvertoitumattoman rikkidioksidin, puristetaan sitten edelleen paineeseen 22 ilmakehää ja tätä painetta käytetään rikin polttamiseen korkeapaineisessa rikkiuunissa, jolloin tuotetaan kuumaa kaasua, joka sisältää 9 i° rikkidioksidia lämpötilassa lähes 1000°C. Tämä kaasuvirta jäähdytetään sitten noin lämpötilaan 400°C ja johdetaan sarjan läpi katalyyttikerroksia, joissa rikkidioksidin pääosa hapettuu rikkitrioksidiksi (hapettuminen 99»7 $)· Konvertointilaitteesta lähtevä kaasuvirta, joka sisältää noin 500 ppm rikkidioksidia, jäähdytetään sitten ja syötetään absorptiolaitteeseen, missä kaikki rikkitrioksidi ja noin 90 $ jäljelläolevasta konvertoitumattomasta rikkidioksidista absorboituu. Rikki-trioksidiabsorbaattorista lähtevä kaasu kuumennetaan sitten uudelleen, paisutetaan ilmakehän paineeseen voiman talteenottoturpiinilla ja päästetään ilmakehään rikkidioksidipitoisuuden ollessa noin 40 ppm. Absorptiolaitteessa happo on lämpötilassa noin 40°C ja sen väkevyys on 9Θ - 99 $·

Edellä kuvatuissa käsittelytoimenpiteissä on happovirran määrä noin 181,6 tonnia tunnissa ja virtaus tapahtuu absorptiolaitteen yläosasta absorp- 9 60181 tiolaitteen läpi ja sitten ilmankuivaustornin puhdistimen yläosaan käyttämällä näiden kahden järjestelmän välistä paine-eroa virtauksen varmistamiseen. Ilmankuivaustornista virtaa happo pumppusäiliöön ja pumpataan sitten kierrätyspumppujärjestelmän avulla hapon jäähdyttimeen ja takaisin absorp-tiolaitteen yläosaan. Tämä virtaus on edullinen verrattuna kiertovirtauk-seen, joka on tarpeellinen kussakin kuivaus- tai absorbointijärjestelmässä, ja näin aikaansaadaan yksi happojärjestelmä, jossa on yksi pumppusarja kahden järjestelmän sijasta, joissa käytetään tavallisesti täysin erillisiä säätölaitteita.

Käytettäessä edellä esimerkkinä kuvattua keksinnön mukaista prosessia on mahdollista aikaansaada poistokaasu, jonka rikkidioksidipitoisuus on niin alhainen kuin 20 ppm, mikä vastaa laitteiston kokonaistehoa 99»98

Eräänä lisätoimenpiteenä (ei kuvattu edelläesitetyissä esimerkeissä) tämän keksinnön mukaisen prosessin saannin kohottamiseksi edelleen on havaittu edulliseksi syöttää kiertävään rikkihappovirtaan hapettavaa ainetta kuten vetyperoksidia tai otsonia. Hapettavaa ainetta tulee lisätä sopiva määrä happovirrassa läsnäolevan jäännösrikkidloksidin hapettamiseksi rikkidioksidiksi.

Joskin esimerkissä 1 nestemäinen rikkidioksidi saadaan suoraan tiivistämällä, on ymmärrettävää, ettei tämä ole ainoa tapa, jolla sitä voidaan saada. Eräs toinen tapa on esimerkiksi syöttää konvertoitu kaasu ainakin osittain oleumyksikköön, missä rikkidioksidi liukenee väkevään rikkihappoon ja liukenematon kaasu syötetään absorptioyksikköön. Tuloksena oleva oleumi voidaan joko syöttää kiertävään happovirtaan tai ottaa talteen tuotteena, joka voidaan s en jälkeen tislata antamaan rikkidioksidia.

Edelläesitetyissä esimerkeissä kuvatut prosessin avainpiirteet ovat siten rikkihapon jatkuvan virran käyttäminen rikkidioksidin poistamiseen konvertoidusta kaasuvirrasta, rikkidioksidin tiivistäminen lisäkeinona rikkidioksidin poistamiseksi siten, että kaikki tai osa kondensaattia syötetään happovirtaan, täysivirtaisen rikkidioksidin absorption ja poistomenettelyn aikaansaaminen yhdistettynä rikkidioksidin absorptioon ja ilman kuivaukseen, ja menetelmässä käytettyjen paineiden ja lämpötilojen valitseminen siten, että ne suosivat rikkidioksidin konvertoitumista rikkidioksidiksi, rikkidioksidin absorboitumista happoon ja nestemäiseen rikkidioksidiin sekä rikkidioksidin deeorptiota haposta kuivaustornissa.

Viitaten jälleen esimerkkeihin ovat absorptiovaiheessa käytetyt erityisesti lämpötilat matalampia ja paineet vastaavasti korkeampia kuin ne, jotka vallitsevat strippaus- eli ilmankuivausvaiheissa. On kuitenkin ymmärrettävää, että kuvatut lämpötila- ja paineolösuhteet eivät ole kriittisiä. Prosessia edistetään mahdollisimman suurella absorptio- ja poistovaiheen välisellä paine-erolla, edellisen ollessa korkeammassa paineessa. Poisto- 10 601 81 toimenpide voidaan suorittaa ilmakehän paineessa, vaikkakin ilmakehän painetta korkeampi paine on parempi. Lämpötilan osalta on eduksi, että poistovaihe suoritetaan korkeammassa lämpötilassa kuin absorptiovaihe.

Vaikkakin edelläolevissa esimerkeissä on valittu rikkidioksidin lähteeksi alkuainerikki, on ymmärrettävää, että myös muut lähteet ovat sopivia, kuten nestemäinen rikkidioksidi, rikkivety, sulfidimalmien pasutuksen poistokaasut jne.

Absorption suoritusvaiheessa absorbenttinä käytetyn rikkihapon väkevyyden ei tarvitse olla kuten esimerkeissä 97-100 56. Mikä taliansa rikkihappo, jonka väkevyys on välillä 92 36 ja 100 36, on sopivaa.

Kuten helposti havaitaan edelläolevasta selostuksesta saadaan tämän keksinnön mukaisella prosessilla rikkihappoa, oleumia ja nestemäistä rikkidioksidia tuotannon toimiessa erittäin tehokkaasti, mikä merkitsee alempia rikin tai muun rikkidloksidilähteen kustannuksia tuotantoyksikköä kohti. Lisäksi kykenee prosessi kehittämään poistokaasuja, joiden rikkidioksidipitoisuus on 50 ppm tai pienempi, mikä täyttää ankarimmatkin rikkihappotehtaita nykyisin koskevat vuotostandardit. Edelleen on prosessi luonteeltaan yksinkertaisempi kuin tavanomaiset rikkihappoprosessit ja käsittää toimintaolosuhteet, joita voidaan soveltaa tavanomaisia rakennemateriaaleja käyttämällä. Tätä parannettua prosessia käyttävät laitteistot pystytään toimittamaan tehdasvalmisteisina ja kuljettamaan suurtakin tuotantoa varten, ja näin saadaan rakennus- ja aluekustannukset mahdollisimman alhaisiksi, mikä on hyvin edullista tehtaan kokonaiskustannusten kannalta»

Esimerkki 3

Keksinnön eräs edullinen sovellutus on esitetty kuviossa 2.

Esitetyn menetelmän kapasiteetti on 2000 t/rikkihappoa vuorokaudessa) raaka-aineina käytetään rikkiä, ilmaa ja vettä) kokonaiskonversio on 99,85 Ilman tulosta 58 otetaan ilnansuodattimen 57 kautta ilmavirta 2800 m^/min, joka riittää muodostamaan 12 palno-^ rikkidioksidia sisältävän syöttökaasun) ilmavirta johdetaan ilman kuivaustorniin 58, jossa se saatetaan vastavirtaan kosketukseen suuren määrän rikkidioksidia sisältävän väkevän rikkihapon kanssa. Mainitussa tornissa 58 ilma kuivataan kosketuksessa rikkihapon kanssa ja liuennut rikkidioksidi poistetaan haposta strippaamalla, jolloin saadaan virtaus 59, joka on rikkidioksidia sisältävää kuivaa ilmaa ja virtaus 60, joka on rikkidioksidista oleellisesti vapaata rikkihappoa. Rlkkihapposumu poistetaan tavanomaisessa sumunpoistolaitteessa (ei esitetty) ja kuiva ilmavirta 59 puristetaan paineeseen noin 20 at sopivassa laitteistossa, joka käsittää primäärikompres-sorin 61 ja sekundäärikompressorin, joiden väliin on tarvittaessa sovitettu 11 6 0181 jäähdytyslaitteet 63. Kaira iloa, jonka paine on noin 20 at» johdetaan rikinpolttouoniin 64 seoksena poistokaasun kanssa, jota tuodaan putki-johdon 66 ja kompressorin 62 välityksellä ja Jota käytetään lämpötilan säätöön uunissa 64» Bikkivirta 67 syötetään uuniin 64, jossa rikki poltetaan kosketuksessa ilmaa 63 kanssa, jolloin muodostuu syöttökaasu-virta, joka sisältää noin 10 paino-# rikkidioksidia. Uunissa muodostuneen kaasun lämpötila alennetaan katalyysissä tarvittavaan arvoon lämmön-vaihdolla poistokaasun 69 kanssa ennen poistokaasun johtamista palsutti-meen 70, muodostamalla vesihöyryä J1 ja ylikuumentamalla vesihöyryrummus-ta 72 putkijohdon 73 kautta tulevaa vesihöyryä! ylikuumennettu vesihöyry johdetaan sen jälkeen putkijohdon 74 kautta turhiiniin 73. Jäähtynyt syöttökaasuvirta 68, joka sisältää noin 10 paino-# rikkidioksidia, johdetaan konvertoimisia!tteeseen 76, jossa rikkidioksidi hapetetaan oleellisesti täydellisesti rikkitrioksidiksi, hapetuksessa vapautunut lämpö siirretään lämmön vaihdon avulla poistokaasuun, jota kierrätetään putki-johdon 69 kautta. Konvertointilaitteesta 76, Jossa konversio on 99-#*inen, saadaan kaasuvirta 77, joka jäähdytetään jäähdytyslaitteissa 76 ja 79 J* johdetaan sitten lauhduttlmeen 80, jossa noin JO paino-# rikkidioksidista ja 30 paino-# rikkidioksidista nesteytyyi kondensoitumaton osa johdetaan putkijohdon 81 kautta ahsorptiolaitteeseen 82, jossa kondensoitumattomasta kaasusta poistetaan rikkitrioksidi ja rikkidioksidi. Absorptioin!tteessa 82 virtaus 83, joka on rikkidioksidista oleellisesti vapaata rikkihappoa, jonka väkevyys on 98 # ja lämpötila 35°C, saatetaan vastavirtaan kosketukseen konvertoidun kaasun 81 kanssa, jolloin noin 61 paino-# rikkidioksidista ja oleellisesti kaikki jäljellä oleva rikkitrioksidi absorboituu rikkihappoon; poistokaasu 84 sisältää niin vähän rikkidioksidia, että kokonals-konversioksi saadaan 99,83 # konversion ollessa konvertointilaltteeesa ainoastaan 99 #. Poistokaasu 84 jaetaan pienempään osaan 66, joka kierrätetään prosessiin, ja pääosaan 69, joka kuumennetaan konvertointilaittees-sa 76 noin 300°Cseen ja uunissa 64 noin 330°Cteen ennen kaasun johtamista paisuttlmeen 70, josta saadaan energiaa 16 400 kV, joka käytetään kompressoreissa 61 ja 62, joissa tarvitaan teoreettisesti 24 600 kV. Energian talteen ottamisen jälkeen poistokaasu, joka sisältää häviävän pienen määrän rikkidioksidia, hyvin pienen määrän rlkklhappoeumua ja noin 200 miljoonasosaa rikkidioksidia, päästetään ilmakehään putkijohdon 83 ja savupiipun (ei esitetty) kautta lämpötilassa 130-200°C. Sen jälkeen kun absorptio-laitteessa 82 konvertoidusta kaasusta on absorboitu rikkidioksidi Ja rikkidioksidi, väkevä rikkihappo 83, jonka väkevyys ahsorptiolaitteeseen 12 601 81 tullee·» oli 96 i» ja rikkidioksidi pitoisuus noin 40-50 miljoonasosaa, poistuu absorptiolaitteesta putkijohdon 86 kautta väkevyydessä. 98,5 i» rikkidioksidipitoisuuden ollessa noin 200 miljoonasosaa lämpötilan ollessa 50°C, mikä johtuu rikkitrioksidin ahsorboinnissa syntyneestä lämmöstä. Bikkidioksldirikas rikkihappovirta 86 sekoitetaan absorptio-, laitteen paineessa 20 at lauhduttimesta 80 tulevan rikkidioksidi/rikkä-trioksidikondensaattivirran 87 kansaa ja saatu yhdistetty virta 88, jonka väkevyys on 99-99·5 £ jm lämpötila 65°C, johdetaan turbiiniin 89, jossa paine alenee oleellisesti ilmakehän paineeseen, jolloin kehittyy energiaa 220 kV. Eikkidioksidirikas happovirta syötetään turbiinista 89 ilmakehän paineessa putkijohdon 90 kautta jäähdyttimeen 91» jossa se jäähtyy 30°Cteen ja virta johdetaan sitten putkijohdon 92 kautta kuivaustorniin 56. Kuivaustornin pohjalle johdetaan tarvittaessa vettä putkijohdon 95 kautta hapon väkevyyden säätämiseksi, ja happovirta 60 otetaan ulos lämpötilassa 65°C jäähdyttimen kautta pumppaussäiliöön 95» josta pienempi osa otetaan ulos tuotteena putkijohdon 96 kautta ja pääosa johdetaan putkijohdon 97 kautta 570 kV tn pumppuun 98, joka kohottaa paineen sopivaan arvoon, jotta happo voi virrata putkijohdon 83 kautta absorptiolaitteeseen 82* Käytettäessä höyrykattilaa syöttönä kylmää, pehmeäksi tehtyä vettä ja ottamalla lämpöä talteen lämmön vaihdolla jääh-dyttimistä 63 (kompressorien 61 ja 62 välillä), uuneista 64 kohdissa 71 ja 75 sekä konvertoidusta kaasuvlrrasta 69 saadaan ylikuumennuttua vesihöyryä 900 kg/h. Lisälämpöä on tarvittaessa saatavissa polstokaasuvlrras-ta 85 ja kompressorin kytkyestä. Tlikuumennettu vesihöyry 74» joka paisutetaan turbiinissa 74» tuottaa lisäenergiaa 8500 kV koapressoreiden 61 ja 62 käyttämiseksi. Poistuvan höyryn 99 paine on noin 7 at, lämpötila 285°C ja määrä noin 1,15 t/t rikkihappoa.

Claims (1)

13 6 01 81 Patenttivaatimus : Menetelmä rikkihapon valmistamiseksi johtamalla ilmavirta kuivausyksikön lävitse, jossa ilma kuivataan väkevän rikkihapon virtauksella, minkä jälkeen saatu prosessi-ilma puristetaan useamman at:n paineeseen ja johdetaan rikkidioksidia sisältävän prosessikaasuvirran kanssa konvertointilaitteeseen, jossa rikkidioksidi muutetaan katalyyttisesti yli 99-prosenttisesti rikkitrioksidiksi ja saadun, rikkitrioksidia ja pienen määrän konvertoitumatonta rikkidioksidia sisältävän konvertoidun kaasun virtaus johdetaan absorbointiyksikköön, jossa se saatetaan vastavirrassa kosketukseen rikkihappoliuoksen virtauksen kanssa, jolloin muodostuu lisää rikkihappoa, johon myös valtaosa kaasun rikkidioksidista on liuennut, jolloin kaasu voidaan johtaa ulos, ja jossa menetelmässä rikkidioksidia sisältävän rikkihapon koko virtaus johdetaan pois absorbointiyksiköstä kuivaus-yksikön lävitse vastavirtaan tuloilmanvirtaukseen nähden, jolloin samanaikaisesti kosteutta siirtyy ilmasta happoon ja rikkidioksidia siirtyy haposta ilmaan, että saatua rikkidioksidin ja kuivan ilman seosta käytetään prosessi-ilmana ja rikkidioksidista oleellisesti vapaa rikkihappovirta johdetaan ulos kuivausyksiköstä ja jaetaan kahteen osaan, joista toinen otetaan ulos rikkihappotuotteena ja toinen pumpataan takaisin absorbointiyksikköön, tunnettu siitä, että rikkidioksidia sisältävän rikkihapon paine alennetaan ennen kuivausyksikköön johtamista. Φ *;·